磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力——洛倫茲力(上課)

1、復(fù)習(xí)回顧復(fù)習(xí)回顧方向：方向：IB3 0IB運(yùn)用左手定則判斷安培力的方向運(yùn)用左手定則判斷安培力的方向安培力安培力: :1 1、磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力、磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力為為B B和和I I之間的夾角之間的夾角 大小：大?。簊inBILF FF左手定則左手定則為什么磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線有作用力？為什么磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線有作用力？大小：大?。喊才嗔Π才嗔? :2 2、通電導(dǎo)線中的通電導(dǎo)線中的電流是怎樣形成的呢電流是怎樣形成的呢? ? 【思考思考】: :既然磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用既然磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用, ,而電而電流是由電荷的定向移動(dòng)形成的流是由電荷的定向移動(dòng)形成的. .那么磁場(chǎng)是否對(duì)那么磁場(chǎng)是否對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷

2、也有作用力呢運(yùn)動(dòng)電荷也有作用力呢? ?電荷的定向移動(dòng)形成的電荷的定向移動(dòng)形成的1 1、磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力、磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力nqvSI sinBILF 方向：方向：左手定則左手定則復(fù)習(xí)回顧復(fù)習(xí)回顧實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 陰極射線管是一個(gè)真空放電管，在它兩個(gè)電極之間加上陰極射線管是一個(gè)真空放電管，在它兩個(gè)電極之間加上高電壓時(shí)，就會(huì)從它的陰極發(fā)射出電子束來(lái)，這樣的電子束高電壓時(shí)，就會(huì)從它的陰極發(fā)射出電子束來(lái)，這樣的電子束即所謂陰極射線。電子束本身是不能用肉眼觀察到的，為此即所謂陰極射線。電子束本身是不能用肉眼觀察到的，為此在管中附有熒光屏，電子束打在熒光屏上將發(fā)出熒光，這樣在管中附有熒光屏，電子

3、束打在熒光屏上將發(fā)出熒光，這樣我們就可以看到電子的徑跡。在沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，電子束由陰極我們就可以看到電子的徑跡。在沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，電子束由陰極發(fā)出后沿直線前進(jìn)。發(fā)出后沿直線前進(jìn)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 在沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí)，電子束沿直線運(yùn)動(dòng)，將在沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí)，電子束沿直線運(yùn)動(dòng)，將蹄形磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌蹄形磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了彎曲。跡發(fā)生了彎曲。 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的作運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的作用力叫做用力叫做洛倫茲力洛倫茲力，安培力是洛倫茲力的安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。宏觀表現(xiàn)。極光極光由于地磁場(chǎng)俘獲帶電粒子而出現(xiàn)的現(xiàn)象由于地磁場(chǎng)俘獲帶電粒子而出現(xiàn)的現(xiàn)象地磁場(chǎng)和太陽(yáng)

4、風(fēng)地磁場(chǎng)和太陽(yáng)風(fēng)地球周?chē)臻g有地磁場(chǎng)，兩極強(qiáng)，中間弱。地球周?chē)臻g有地磁場(chǎng)，兩極強(qiáng)，中間弱。從太陽(yáng)或其他星體上，時(shí)刻都有大量的高能粒子流放出從太陽(yáng)或其他星體上，時(shí)刻都有大量的高能粒子流放出，稱(chēng)為宇宙射線。，稱(chēng)為宇宙射線。地磁場(chǎng)能改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)宇宙地磁場(chǎng)能改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)宇宙射線起了一定的阻擋作用射線起了一定的阻擋作用。在地磁兩極附近在地磁兩極附近 由于磁感線與地面垂直由于磁感線與地面垂直 外層空外層空間入射的帶電粒子可直接射入高空大氣層內(nèi)間入射的帶電粒子可直接射入高空大氣層內(nèi) 它它們和空氣分子的碰撞產(chǎn)生的輻射就形成了極光們和空氣分子的碰撞產(chǎn)生的輻射就形

5、成了極光絢麗多彩的極光絢麗多彩的極光設(shè)在一磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向放入一段長(zhǎng)為L(zhǎng)通電直導(dǎo)線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)電荷的電量為e，定向移動(dòng)的速率為v。試推導(dǎo)每個(gè)電荷所受洛侖茲力的大小二二、洛倫茲力的大小、洛倫茲力的大小思考與討論：安培力與洛侖茲力的關(guān)系思考與討論：安培力與洛侖茲力的關(guān)系導(dǎo)體中的電流是由電荷的定向移動(dòng)定向移動(dòng)產(chǎn)生的截面A截面BLF洛洛=qvB導(dǎo)線中的電流I=neSv所受到的安培力F=BIL=BneSvL運(yùn)動(dòng)電荷的總數(shù)nSL單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所受到的作用力F洛洛=F/nSL條件：電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直F洛洛=evB分析1.當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁

6、場(chǎng)方向垂直（ vB）時(shí)，F(xiàn)洛洛=qvB.2.當(dāng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行 （v/B)時(shí)，電荷不受洛倫茲力作用，即 F洛洛=0.3.在一般情況下，當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁場(chǎng)方向成角時(shí)，qvvBvBB2B1v2v1F洛洛 =qvB1=qvBsinF洛洛 =qv1B=qvBsinsinfqvB1. 1. 左手左手定則來(lái)判定：定則來(lái)判定：三三.洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向讓讓磁感線穿入手心磁感線穿入手心，四指四指指向指向正正電荷電荷運(yùn)動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)的方向(負(fù)負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)的的反方向反方向)，拇指拇指指向就是電荷指向就是電荷所受所受洛侖茲力的方向洛侖茲力的方向2.2.特點(diǎn)：特點(diǎn)： F F洛洛B, F

7、 F洛洛V(垂直于垂直于v v和和B B所決定的平面所決定的平面) ) 洛倫茲力洛倫茲力對(duì)電荷對(duì)電荷不做功不做功實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 + +V Vf fV VV V垂直紙面向外垂直紙面向外V VV Vf fV Vf f習(xí)題習(xí)題1 1、下列各圖中帶電粒子剛剛進(jìn)入磁場(chǎng)，、下列各圖中帶電粒子剛剛進(jìn)入磁場(chǎng)，試判斷這時(shí)粒子所受格倫茲力的大小與方向試判斷這時(shí)粒子所受格倫茲力的大小與方向垂直紙面向里垂直紙面向里2 2、判斷下列各圖帶電粒子所受、判斷下列各圖帶電粒子所受的洛倫茲力的方向或帶電粒子的的洛倫茲力的方向或帶電粒子的帶電性帶電性 V Vf fV V垂直紙面向外垂直紙面向外V Vf fV VB B垂直紙面向

8、里垂直紙面向里洛倫茲力和電場(chǎng)力的區(qū)別：洛倫茲力和電場(chǎng)力的區(qū)別：電荷在電場(chǎng)中一定受到電場(chǎng)力的作用，與其運(yùn)動(dòng)狀電荷在電場(chǎng)中一定受到電場(chǎng)力的作用，與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)；而電荷在磁場(chǎng)中不一定受到態(tài)無(wú)關(guān)；而電荷在磁場(chǎng)中不一定受到洛倫茲洛倫茲力作用，力作用，只有相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)且運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向不平行的只有相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)且運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向不平行的電荷才受電荷才受洛倫茲洛倫茲力作用。力作用。2.2.大?。捍笮。篎 F電電Eq,Eq, F F洛洛=Bqvsin=Bqvsin。3 3. .電荷所受電場(chǎng)力方向總是平行于電場(chǎng)線的切線方向電荷所受電場(chǎng)力方向總是平行于電場(chǎng)線的切線方向；而電荷所受；而電荷所受洛倫茲洛倫茲力

9、的方向總是既垂直于磁場(chǎng)方向力的方向總是既垂直于磁場(chǎng)方向，又垂直于運(yùn)動(dòng)方向。，又垂直于運(yùn)動(dòng)方向。4.4.電場(chǎng)力要對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功（電荷在等勢(shì)面上運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)力要對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功（電荷在等勢(shì)面上運(yùn)動(dòng)除外）；而電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，除外）；而電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲洛倫茲力一定不力一定不會(huì)對(duì)電荷做功。會(huì)對(duì)電荷做功。四、帶電粒子在無(wú)界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)四、帶電粒子在無(wú)界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1、帶電粒子、帶電粒子垂直垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)（進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)（V B)2222vqvBmammrmrmvrTmvrqB沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。在勻強(qiáng)磁

10、場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào)：所說(shuō)的帶電粒子是指微觀的帶電粒子，：所說(shuō)的帶電粒子是指微觀的帶電粒子，不計(jì)重力；該圓周運(yùn)動(dòng)的平面垂直于磁場(chǎng)方向。不計(jì)重力；該圓周運(yùn)動(dòng)的平面垂直于磁場(chǎng)方向。2 mTqB周期跟軌道半徑和運(yùn)動(dòng)速率均無(wú)關(guān)周期跟軌道半徑和運(yùn)動(dòng)速率均無(wú)關(guān)2、帶電粒子、帶電粒子平行平行進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)（進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)（V/B)勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)F洛洛=03、若帶電離子與磁場(chǎng)成一定的角度射入若帶電離子與磁場(chǎng)成一定的角度射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，粒子如何運(yùn)動(dòng)？勻強(qiáng)磁場(chǎng)，粒子如何運(yùn)動(dòng)？VV1V2B垂直于垂直于B B方向上：勻速圓周運(yùn)動(dòng)方向上：勻速圓周運(yùn)動(dòng)平行于平行于B B方向上：勻速直線運(yùn)動(dòng)方向上：勻速直線運(yùn)動(dòng)

11、垂直磁場(chǎng)方向：垂直磁場(chǎng)方向：R Rmvsin/qB T=2m/qBmvsin/qB T=2m/qB平行磁場(chǎng)方向：螺距平行磁場(chǎng)方向：螺距 d d2mcos/qB2mcos/qB帶電粒子在帶電粒子在無(wú)界無(wú)界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)F洛洛=0勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)F洛洛=Bqv勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)F洛洛=Bqv等距螺旋線運(yùn)動(dòng)（等距螺旋線運(yùn)動(dòng)（090）V/BVBv與與B成成角角mvrqB2 mTqB在在只只有有洛洛侖侖茲茲力力的的作作用用下下帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 例例1 1、當(dāng)一帶正電當(dāng)一帶正電q q的粒子以速度的粒子以速度v v沿螺線管中

12、沿螺線管中軸線進(jìn)入該通電螺線管，若不計(jì)重力，則軸線進(jìn)入該通電螺線管，若不計(jì)重力，則 ： A A帶電粒子速度大小改變帶電粒子速度大小改變 B B帶電粒子速度方向改變帶電粒子速度方向改變 C C帶電粒子速度大小不變帶電粒子速度大小不變 D D帶電粒子速度方向不變帶電粒子速度方向不變 例例2 2、如圖所示，帶電小球在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中沿光滑絕緣的如圖所示，帶電小球在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中沿光滑絕緣的圓弧形軌道的內(nèi)側(cè)來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，它向左或向右運(yùn)動(dòng)通過(guò)最圓弧形軌道的內(nèi)側(cè)來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，它向左或向右運(yùn)動(dòng)通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)低點(diǎn)時(shí) A. A.速度相同速度相同 B. B.加速度相同加速度相同 C. C.所受洛倫茲力相同所受洛倫茲力相同 D

13、. D.軌道給它的彈力相同軌道給它的彈力相同例例3 3、如圖中如圖中, ,水平導(dǎo)線中有電流水平導(dǎo)線中有電流I I通過(guò)通過(guò), ,導(dǎo)線正導(dǎo)線正下方的電子初速度的方向與電流下方的電子初速度的方向與電流I I的方向相同的方向相同, ,則則電子將（電子將（ ）v va ab bI IA.A.沿路徑沿路徑a a運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), ,軌跡是圓軌跡是圓B.B.沿路徑沿路徑a a運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), ,軌跡半徑越來(lái)越大軌跡半徑越來(lái)越大C.C.沿路徑沿路徑a a運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), ,軌跡半徑越來(lái)越小軌跡半徑越來(lái)越小D.D.沿路徑沿路徑b b運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), ,軌跡半徑越來(lái)越小軌跡半徑越來(lái)越小 例例4 4、在只受洛倫茲力的條件下在只受洛倫茲力的條

14、件下, ,關(guān)于帶電粒子關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng), ,下列說(shuō)法中正確的是下列說(shuō)法中正確的是 A A、只要粒子的速度大小相同，帶電量相同，粒、只要粒子的速度大小相同，帶電量相同，粒子所受子所受洛倫茲力大小就相同洛倫茲力大小就相同 B B、洛倫茲力只改變洛倫茲力只改變帶電粒子帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向 C C、洛倫茲力始終與洛倫茲力始終與速度垂直，所以速度垂直，所以洛倫茲力不洛倫茲力不做功做功 D D、洛倫茲力始終與、洛倫茲力始終與速度垂直，所以粒子在運(yùn)動(dòng)速度垂直，所以粒子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)能保持不變過(guò)程中的動(dòng)能保持不變 例例5 5、初速為初速為V V0 0的電子，沿平行于通電長(zhǎng)

15、直導(dǎo)的電子，沿平行于通電長(zhǎng)直導(dǎo)線的方向射出，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始線的方向射出，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運(yùn)動(dòng)方向如圖所示，則運(yùn)動(dòng)方向如圖所示，則 A A電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變 B B電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變 C C電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變 D D電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變 例例6 6、圖中圖中MNMN表示真空室中垂直于紙面的平板表示真空室中垂直于紙面的平板, ,它的一側(cè)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)它的一側(cè)有勻強(qiáng)磁場(chǎng), ,磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里, ,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.B.一帶電粒子從平板上的狹縫一帶電粒子從平板上的狹縫O O處以垂直于平板上的初速度處以垂直于平板上的初速度v v射入磁場(chǎng)區(qū)域射入磁場(chǎng)區(qū)域, ,最后最后到達(dá)平板上的到達(dá)平板上的P P點(diǎn)點(diǎn), ,已知已知